第八章土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性ppt課件

1、第八章第八章 土坡的穩(wěn)定性土坡的穩(wěn)定性李仁平李仁平三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院概概 述述土坡：泛指具有傾斜表面的土體。土坡：泛指具有傾斜表面的土體。 人工土坡基坑坑壁、土壩壩坡、路堤堤坡等人工土坡基坑坑壁、土壩壩坡、路堤堤坡等 天然土坡天然堆積土坡、河岸等天然土坡天然堆積土坡、河岸等z土滑坡：泛指已經(jīng)滑動(dòng)或有滑動(dòng)趨勢(shì)的土坡。土滑坡：泛指已經(jīng)滑動(dòng)或有滑動(dòng)趨勢(shì)的土坡。z 人工土滑坡基坑坑壁失穩(wěn)、土壩壩坡滑動(dòng)、路堤堤坡人工土滑坡基坑坑壁失穩(wěn)、土壩壩坡滑動(dòng)、路堤堤坡塌塌z 陷下滑等陷下滑等z 天然土滑坡天然山坡滑動(dòng)、河流沖刷岸坡崩塌失穩(wěn)天然土滑坡天然山坡滑動(dòng)、河流沖刷岸坡崩塌失穩(wěn)等等z

2、目的：正確回答一定坡高、坡比、坡形條件下邊坡是否具有要求目的：正確回答一定坡高、坡比、坡形條件下邊坡是否具有要求 z 的安全穩(wěn)定性。的安全穩(wěn)定性。z 提出正確的加固處理措施維持土坡的穩(wěn)定性。提出正確的加固處理措施維持土坡的穩(wěn)定性。z評(píng)價(jià)方法：極限平衡方法、極限分析方法、有限元分析方法。評(píng)價(jià)方法：極限平衡方法、極限分析方法、有限元分析方法。z 極限平衡方法是根據(jù)給定滑動(dòng)面上土體的極限平衡條極限平衡方法是根據(jù)給定滑動(dòng)面上土體的極限平衡條 z 件和莫爾庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則來(lái)計(jì)算沿滑動(dòng)面失穩(wěn)的可能件和莫爾庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則來(lái)計(jì)算沿滑動(dòng)面失穩(wěn)的可能 z 性。性。無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定性均質(zhì)干坡和水下坡：沒(méi)有滲透力作用WNT

3、tantansintancosWWTRFs表面取微單元體進(jìn)行受力分析表面滑動(dòng)1sF臨界坡角有滲流作用的均質(zhì)土坡在逸出點(diǎn)表面取一定體積的微單元體進(jìn)行受力分析VW)sin(cosViVNwViJw)cos(sinViVTwWNTJ微單元體沿坡面滑動(dòng)的安全系數(shù))cos(sintan)sin(costaniVViVVTNFwws如果滲流逸出段順坡面流動(dòng)，那么：sin/dldhisinsintancos)cos(sintan)sin(cosVVViVViVVFwwwstantansintancossatsatsVVF 與干坡或水下坡比較，當(dāng)滲流逸出段順坡面流動(dòng)時(shí)，安全系數(shù)降低約一半。因此，有滲流逸出時(shí)，

4、下游壩坡要平緩的多。部分浸水土坡當(dāng)水庫(kù)部分蓄水時(shí)，水位以上是干坡，以下是浸水坡，由于水位上下坡體的容重從干重度變?yōu)楦≈囟?，下部的抗滑力減小，即使粗粒土壩殼，其危險(xiǎn)滑動(dòng)面也可能向壩體內(nèi)深入。ABCDE21ABCDE2N1N1T2TW222111tantanTNFTNFssssFNTFNT222111tantan00yxFFsFNN,21根據(jù)力的平衡關(guān)系，只有兩個(gè)方程，而未知量有三個(gè)。屬于超靜定問(wèn)題。進(jìn)一步將折線形滑體在轉(zhuǎn)折處分離為兩個(gè)脫離體，并假定力的作用方向。令P1 與內(nèi)坡DC平行,考慮塊體BCDE的平衡sFWWP1111tancossin然后，分析塊體EDA的沿AD滑動(dòng)的安全性222112c

5、os)sin(WPN222112sin)cos(WPTABCDE2N1N1T2T2W1W1P22211222211sin)cos(tancos)sin(WPWPFs粘性土坡的穩(wěn)定性 粘性土坡的抗剪強(qiáng)度包括粘聚力和摩擦力兩項(xiàng)，由于粘聚力的存在，粘性土坡不像無(wú)粘性土坡一樣沿表面滑動(dòng)，而是深入土體內(nèi)部的滑動(dòng)。根據(jù)極限平衡理論分析，均質(zhì)粘性土坡的滑動(dòng)面為對(duì)數(shù)螺線，近似與圓柱面。實(shí)際觀測(cè)到的滑面亦呈圓弧面。整體圓弧滑動(dòng)法：K.E. Petterson, 1915ABCORdWcfR下滑力矩：WdMs抗滑力矩：RACcMRdWRACcMMFsRs條分法的基本概念 當(dāng)摩擦角大于零時(shí)，滑動(dòng)面上不同位置處土的抗

6、剪強(qiáng)度不同，為了考慮抗剪強(qiáng)度的變化，通常采用條分法，分別考慮各個(gè)豎直線分割條塊的抗剪強(qiáng)度。把每個(gè)條塊當(dāng)作剛體。ABCo0123451R3iW1iP1iHiPiHih1ihiNiTi每一個(gè)條塊的已知量： 求解量iiiiiWhHP,iiiiiTNhHP,111每一個(gè)條塊只能建立三個(gè)平衡方程和一個(gè)極限平衡方程。0, 0, 0iyixiMFFsiiiiiFlcNTtan瑞典條分法ABCoRiiiWiNiTid假定條塊間的作用力大小相等，方向現(xiàn)方向相反，相互抵消。根據(jù)徑向力的平衡關(guān)系：iiiWNcos根據(jù)滑弧面上的極限平衡關(guān)系：siiiiiFlcNTtan重力力矩：抗力力矩：iiiiRWdWsinsii

7、iiisiiiiiFRlcWFRlcNRT)tancos()tan(根據(jù)力矩平衡關(guān)系：siiiiiiiFRlcWRW)tancos(siniiiiiiisWlcWFsin)tancos(瑞典條分法是忽略了條間作用力的一種簡(jiǎn)化方法，它只滿足了力矩平衡關(guān)系，而不滿足力的平衡關(guān)系。畢肖普方法，A.N.Bishop,1955idiWiHiiiPiNiT根據(jù)豎向力平衡關(guān)系 0zFiiiiiiTNHWsincosiiiiiiTHWNsincosABCoRiiiWiNiTiHiP1iH1iPib根據(jù)滿足安全系數(shù)的極限平衡條件)tan(1iiiisiNlcFTiiiiisiiiiNlcFHWNsin)tan(

8、1cosisiiiiisiiiisiiiiiFlcHWmFFlcHWNsin1tansincossin考慮整個(gè)滑動(dòng)體的整體力矩平衡條件，各土條的作用力對(duì)于圓心的力矩之和為零。這時(shí)條間力Pi 和Hi是成對(duì)出現(xiàn)的，大小相等，方向相反，互相抵消，對(duì)圓心不產(chǎn)生力矩；滑動(dòng)面上的正壓力通過(guò)圓心，也不產(chǎn)生力矩。因此，只有重力和滑動(dòng)面上的切向力產(chǎn)生力矩。RTdWiiiRNlcFRWiiiisii)tan(1sintan)sin(11siniisiiiiiiisiiFlcHWmlcFWtan)sin(11siniisiiiiiiiisiiFlcHWmlcmFWsiiiiFmtansincosiiiiiiiiis

9、WHWlcmFsintan)(cos1令0iHiiiiiiisWWbcmFsintan1與瑞典條分法相比較，簡(jiǎn)化畢肖普方法是在不考慮條間切向力的條件下滿足了力的多邊形閉合條件，也就說(shuō)考慮條間水平力的作用。普遍條分法簡(jiǎn)布法，N.Janbu）普遍條分法的特點(diǎn)是假定條塊間的水平作用力的位置。在這一前提下，每個(gè)條塊都滿足全部靜力平衡條件和極限平衡條件，滑動(dòng)體的整體力矩平衡條件得到了滿足，而且適用于任何滑動(dòng)面而不必規(guī)定滑動(dòng)面是一個(gè)圓弧面。iWiiNiTABCOiiWiiiHHH1iiiiiPPP1iN)tan(1iiiisiNlcFTiXiO1iP1iHiPiH1ihihihiNiTiW根據(jù)豎向力平衡關(guān)

10、系 0zFiiiiiiTNHWsincosiiiiiiTHWNsincos根據(jù)水平向力平衡關(guān)系 0 xFiiiiiNTPsincosiWiiiHHH1iiiiiPPP1iN)tan(1iiiisiNlcFTiiiiiiiiiiiiiiiiHWTTHWTPtan)(cossincossincossincos2根據(jù)極限平衡條件)tan(1iiiisiNlcFT由上式整理得到siiiiiiiisiFHWlcFTtantan1tan)(cos11上式代入前面 計(jì)算式iPiiiiiiiiisiiisiHWHWlcFFPtan)(tan)(cos/tantan1sec120P1P2P3PnPijjinPP

11、PPPPPPPPP1212121100, 0 a b01niinPP0tan)(tan)(cos/tantan1sec12iiiiiiiiisiiisHWHWlcFFiiisiiiiiiiisHWFHWbcFtan)(/tantan1sectan)(2iiiiiiiiisHWmHWbcFsin)(1tan)(siiiiFmtansincos上式與畢肖普計(jì)算公式很相似，但分母有差別。畢肖普公式是根據(jù)滑動(dòng)面為圓弧面，滑動(dòng)土體滿足力矩平衡條件推導(dǎo)出的。簡(jiǎn)布法則是利用力的多邊形閉合條件和極限平衡條件，最后由條間水平向推力代數(shù)和為零的條件推出的。 c根據(jù)單個(gè)條塊的力矩平衡關(guān)系，推導(dǎo)條塊間切向力增量 0o

12、iM0tan21tan21)(2)(2iiiiiiiiiiiiiiiXhPXhhPPXHHXHiXiO1iP1iHiPiH1ihihihiNiTiWi略去高階微分微分項(xiàng)整理后得iiiiiiiiiiiiiiiiHHHXhPXhPHhPhPXH10 d e c d e b a根據(jù)，通過(guò)迭代法求解0iH令1sFc）式求解依據(jù)（iPa）式求解依據(jù)（iPb）式求解依據(jù)（iHd）式求解依據(jù)（iHe）式求解依據(jù)（2sFc）式求解依據(jù)（12ssFF否End是求解步驟滲流條件下土坡的穩(wěn)定分析總應(yīng)力法與有效應(yīng)立法穩(wěn)定滲流條件下兩種分析方法方法之一：土體整體作為脫離體，滑動(dòng)面為脫離體的邊界面，該界面上作用有水壓力，

13、在確定滑面上的法向力時(shí)，考慮水壓力的作用。方法之二：土骨架作為脫離體，孔隙中的滲流作為連續(xù)體，對(duì)于土骨架受到滲透力和浮力作用，不再考慮滑動(dòng)面上的水壓力作用。acbdioio方法之一：第i個(gè)土條iisatiibhhW)(21cdabih1ih2tihiWiiNiT浸潤(rùn)線等勢(shì)線ibiiiWTsiniiiWNcos有效法向力itiwiiilhWNcos安全系數(shù)iiiiiitiwiisWlclhWFsintan)cos(方法之二：cdabih1ih2iWiiNiT浸潤(rùn)線ibiJ第i個(gè)土條iiiibhhW)(21iiiWTsiniiiWNcos滲透力iiwiViJ安全系數(shù)RdJWlcWFiiiiiiii

14、issintancosacbdiJiido地震期邊坡的穩(wěn)定分析 地震對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響有兩種作用：一是使坡體隨時(shí)間變化的加速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生慣性力，促使邊坡滑動(dòng)；一是震動(dòng)作用使土體趨于變密，飽和條件下會(huì)產(chǎn)生孔隙水壓力，從而減小土的抗剪強(qiáng)度。對(duì)于密實(shí)的粘性土，第一種慣性力起主導(dǎo)作用；而對(duì)于飽和、松散的無(wú)粘性或低塑性粉質(zhì)土，則第二種作用影響大。一般通過(guò)總應(yīng)力分析方法考慮地震慣性力進(jìn)行穩(wěn)定分析擬靜力法。地震慣性力設(shè)計(jì)烈度HK0708091 . 02 . 04 . 0HK水平向地震系數(shù)水平向地震慣性力iizHhiWCKQ綜合影響系數(shù) 1/4地震加速度分布系數(shù)豎向水 平 向mH150mH40mHm15040碾壓

15、式土壩、堆石壩5 . 20 . 1HiHi5 . 20 . 1HiHi5 . 15/3H地震加速度分布系數(shù)i對(duì)于土石壩，地震慣性力的計(jì)算一般只計(jì)水平向地震力，但對(duì)于高烈度8、9的大型工程，還要計(jì)算豎向地震慣性力。豎向地震系數(shù)一般取水平向地震系數(shù)的2/3，同時(shí)考慮兩向慣性力時(shí)，還要計(jì)耦合系數(shù)，取1/2。故豎向地震慣性力為：hiiizHviQWCKQ313221RoidiiWviQhiQ法向力ihiiviiiQQWNsincos)(滿足極限平衡條件的切線抗力iiiihiiviifilcQQWTtansincos)(滑動(dòng)力矩ihiiviisdQRQWMsin)(抗滑動(dòng)力矩RlcQQWMiiiihii

16、viiRtansincos)(RdQQWlcQQWFihiiviiiiiihiiviissin)(tansincos)(計(jì)算實(shí)例分析Bishop MethodJanbu MethodBishop MethodJanbu Method1.932Lesson 12: Stability analysis with the pore-water pressure defined by a piezometric line0102030405060468101214161820222426283032340253/18mkNkPac50253/18mkNkPac5Bishop Method總總 結(jié)結(jié)1、土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定分析方法是基于莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論和土、土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定分析方法是基于莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論和土體的靜力平衡條件的方法。體的靜力平衡條件的方法。2、無(wú)粘性土坡的失穩(wěn)滑動(dòng)呈坡面表層滑動(dòng)；粘性土坡的失穩(wěn)、無(wú)粘性土坡的失穩(wěn)滑動(dòng)呈坡面表層滑動(dòng)；粘性土坡的失穩(wěn)滑動(dòng)面呈坡體內(nèi)弧面滑動(dòng)；天然土坡可能沿著軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)面呈坡體內(nèi)弧面滑動(dòng)；天然土坡可能沿著軟弱